AT526024A1

AT526024A1 - Verbrennungsofenanlage

Info

Publication number: AT526024A1
Application number: ATA50169/2022A
Authority: AT
Inventors: Beilschmidt Alfred; Sageder Dipl -Ing Dr Armin; Leopold Dr Markus; Josef Damböck Norbert
Original assignee: Beilschmidt Alfred
Priority date: 2022-03-16
Filing date: 2022-03-16
Publication date: 2023-10-15
Also published as: WO2023173152A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsofenanlage, vorzugsweise für die Verbrennung von Biomasse, insbesondere Holzpellets, umfassend eine Brennkammer (1) mit einem Düsenboden (2), über welchem eine Wirbelschicht (3) aus einer Schüttung von Feststoffpartikeln, vorzugsweise Quarzsand, angeordnet ist, eine Zündeinheit (4), eine Verbrennungsluftzufuhr (5), sowie eine Brennstoffzufuhr (6). Die Zündeinheit (4) umfasst zwei Zündelektroden (7) oder eine Zündkerze zur Erzeugung eines Lichtbogens, wobei die Spitzen der beiden Zündelektroden (7) oder die Spitze der Zündkerze in der Brennkammer (1) in vertikaler Richtung oberhalb der im ausgeschalteten Zustand ruhenden Wirbelschicht (3) und im Wesentlichen unterhalb einer Einlassöffnung (8) der Brennstoffzufuhr (6) angeordnet sind.

Description

Verbrennungsluftzufuhr, sowie eine Brennstoffzufuhr.

Zumeist werden Verbrennungsofenanlagen mit Wirbelschichten in großen Anlagen, beispielsweise im Kraftwerksbereich, eingesetzt und dort rund um die Uhr betrieben. Im Bereich kleiner Anlagen, beispielsweise für das Heizen, die Warmwasserbereitung sowie Stromerzeugung für Einfamilienhäuser, laufen die Anlagen jedoch nicht permanent sondern zyklisch und müssen daher immer wieder neu gezündet werden. In der EP 2827059 Al ist ein Beispiel für eine derartige Verbrennungsofenanlage für den Einsatz im privaten Bereich beschrieben. Hier wird die zugeführte Luft für den Startvorgang beispielsweise durch einen elektrischen Heißluftfön vorgeheizt, um die Zündtemperatur für das Brennmaterial zu

erreichen.

Die Zündung von Biomasse in Pelletsöfen wird, bei einer automatischen Zündung, meistens mit Heizwiderständen oder mit Heißluft durchgeführt. Die eingesetzten Zündgeräte benötigen dabei um die 600 bis 1000 W und unterliegen aufgrund der hohen Erwärmung

einem großen Verschleiß.

Die DE 20321670 U1 zeigt einen Brenner für Pelletbrennstoff, welcher mit einer Entladungselektrode in einem Leitrohr entzündet wird. Die Elektroden selbst bleiben dabei in Abstand von den Pellets. Die Konstruktion ist entsprechend aufwändig und für den

Einsatz in einer Wirbelschichtbrennkammer ungeeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungsofenanlage, wie beispielsweise in der EP 2827059 Al beschrieben, dahingehend zu verbessern, dass der gerade im Privatgebrauch häufiger notwendige Zündvorgang deutlich energieeffizienter durchgeführt werden kann. Die Vorrichtung soll dabei einfach und kostengünstig im Aufbau sein und eine lange Lebensdauer mit

geringer Wartungsanfälligkeit aufweisen.

nur etwa 150 W benötigt, um den Brennstoff sicher zu entzünden.

Dabei ist es ein weiteres bevorzugtes Merkmal, dass die Spitzen der Zündelektroden oder die Spitze der Zündkerze im Betrieb der Verbrennungsofenanlage innerhalb der sich bewegenden Wirbelschicht liegen. Sobald die Verbrennungsofenanlage in Gang gesetzt wird, liegt die Oberfläche der nunmehr von Luft durchspülten £fluidisierten Wirbelschicht höher als die Oberfläche der ruhenden Wirbelschicht und umspült dabei auch die Spitzen der Zündelektroden bzw. die Spitze der Zündkerze. Dies hat den Vorteil, dass etwaiger beim Zündvorgang entstehender Ruß durch die Feststoffpartikel der Wirbelschicht von den Spitzen der Zündelektroden abgetragen wird und die Zündelektroden damit auch bei jedem neuen Startvorgang immer vollständig rußfrei und

sauber sind, wodurch sie auch seltener gewartet werden müssen.

Es ist ferner ein bevorzugtes Merkmal, dass die Einlassöffnung der Verbrennungsluftzufuhr ebenfalls im Wesentlichen oberhalb der Spitzen der Zündelektroden oder der Spitze der Zündkerze angeordnet ist und der eintretende Luftstrom damit im Wesentlichen normal auf die Oberfläche der im ausgeschalteten Zustand ruhenden Wirbelschicht ausgerichtet ist. Die eingebrachte Verbrennungsluft erleichtert einerseits den Zünd-

vorgang und streckt den Lichtbogen in Richtung der Wirbel-

stoff effizient umhüllen und entzünden kann.

Schließlich ist es ein weiteres bevorzugtes Merkmal, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, über welche der Startvorgang bei Inbetriebnahme der Verbrennungsofenanlage steuerbar ist, wobei für den Startvorgang die Steuereinheit zuerst Brennstoff in die Brennkammer leitet, welcher auf der ruhenden Wirbelschicht zum Liegen kommt, anschließend über die Zündelektroden oder über die Zündkerze einen Lichtbogen erzeugt, der den zwischen den Spitzen der Zündelektroden oder nahe der Spitze der Zündkerze befindlichen Brennstoff entzündet, wobei gegebenenfalls über die Steuereinheit die Verbrennungsluftzufuhr ansteuerbar ist, um den Lichtbogen in Richtung der Wirbelschicht durch den eintretenden Luftstrom zu strecken, und wobei nach dem Entzünden des Brennstoffs die Zündelektroden oder die Zündkerze von der Steuereinheit wieder deaktivierbar ist und die Luftzufuhr durch den Düsenboden aktivierbar ist, um die Wirbelschicht in Bewegung zu versetzen. Es ist vorteilhaft, den gesamten Startvorgang über eine entsprechende Steuereinheit zu regeln. Dadurch können einzelne Parameter für die jeweilige Anlage gespeichert sowie gegebenenfalls Justiert werden. Mögliche einstellbare Parameter wären die Menge an eingebrachtem Brennstoff, die Zünddauer, die Menge und Geschwindigkeit der eingebrachten Verbrennungsluft, der Zeitpunkt des Einschaltens der Luftzufuhr durch den

Düsenboden zum Fluidisieren der Wirbelschicht usw.

Die Erfindung wird nun im Detail anhand eines Ausführungsbeispiels sowie mit Hilfe der beiliegenden Figuren beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 eine schematische seitliche Schnittansicht durch die Brennkammer einer erfindungsgemäßen Verbrennungsofenanlage und Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht durch die Brenn-

kammer einer erfindungsgemäßen Verbrennungsofenanlage.

In Fig. 1 ist sehr schematisch eine Brennkammer 1 einer erfindungsgemäßen Verbrennungsofenanlage in einer seitlichen Schnittansicht dargestellt. In der Brennkammer 1 befindet sich eine hier im ausgeschalteten Zustand ruhend gezeigte Wirbel-

schicht 3, die aus einer Schüttung von beispielsweise Quarzsand

Wärmetauscherflächen entsprechend vorgewärmt wird.

Oberhalb der Wirbelschicht 3 ist eine Zündeinheit 4 angeordnet, wobei die Spitzen der Zündelektroden 7 oberhalb der Oberfläche der ruhenden Wirbelschicht 3 liegen. Unmittelbar über den Spitzen der Zündelektroden 7 befindet sich die Einlassöffnung 8 für die Brennstoffzufuhr 6, über welche Brennstoff in Form von beispielsweise Holzpellets eingebracht wird. Im gezeigten Beispiel wird auch die Verbrennungsluftzufuhr 5 über das gleiche Rohr, wie die Brennstoffzufuhr 6 mit einer gemeinsamen Einlass-

Öffnung 8 in die Brennkammer 1 geleitet.

In der Fig. 2 ist die Anlage aus Fig. 1 in einer schematischen Querschnittsansicht im Bereich des gemeinsamen Rohres der Verbrennungsluftzufuhr 5 und Brennstoffzufuhr 6 dargestellt. Es versteht sich, dass die Brennstoffzufuhr 6 auch separat ausgebildet sein kann und die Verbrennungsluftzufuhr 5 beispielsweise

daneben oder ringförmig darum herum angeordnet sein kann.

Der eingebrachte Brennstoff kommt bei ausgeschalteter Anlage im Bereich zwischen den Spitzen der Zündelektroden 7 zum Liegen. Beim Einschalten der Zündelektroden 7 entsteht zwischen den beiden Spitzen ein Lichtbogen, wobei das dabei entstehende Plasma durch die über die Verbrennungsluftzufuhr 5 eingebrachte Luft in Richtung des Brennstoffs bzw. der Oberfläche der Wirbelschicht 3

hin verblasen wird und den Brennstoff somit effizient entzündet.

Für den Zündvorgang wird dabei deutlich weniger Energie verbraucht, als bei konventionellen Zündvorrichtungen. Sobald genügend Brennstoff entzündet wurde, kann die Wirbelschicht 3 in Gang gesetzt werden. Durch die Bewegung des Sandbetts der Wirbelschicht 3 geraten die Spitzen der Zündelektroden 7 in die

Wirbelschicht 3 hinein und werden vom etwaig beim Zündvorgang

ben.

Claims

Telefon: ( +43 (1) 512 24 81 / Fax: +43 (1) 513 76 81 / E-Mail: #7 repatent@aon.at Konto (PSK): 1480 708 BLZ60000 BIC: OPSKATWW IBAN: AT19 6000 0000 0148 07081 480 708 16/48590 Alfred Beilschmidt 3150 Wilhelmsburg (AT) Patentansprüche

1. Verbrennungsofenanlage, vorzugsweise für die Verbrennung von Biomasse, insbesondere Holzpellets, umfassend eine Brennkammer (1) mit einem Düsenboden (2), über welchem eine Wirbelschicht (3) aus einer Schüttung von Feststoffpartikeln, vorzugsweise Quarzsand, angeordnet ist, eine Zündeinheit (4), eine Verbrennungsluftzufuhr (5), sowie eine Brennstoffzufuhr (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinheit (4) zwei Zündelektroden (7) oder eine Zündkerze zur Erzeugung eines Lichtbogens umfasst, wobei die Spitzen der beiden Zündelektroden (7) oder die Spitze der Zündkerze in der Brennkammer (1) in vertikaler Richtung oberhalb der im ausgeschalteten Zustand ruhenden Wirbelschicht (3) und im Wesentlichen unterhalb einer Einlassöffnung (8) der Brennstoffzufuhr (6) angeordnet

sind.

2. Verbrennungsofenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzen der Zündelektroden (7) oder die Spitze der Zündkerze im Betrieb der Verbrennungsofenanlage innerhalb der sich bewegenden Wirbelschicht (3) Liegen.

3. Verbrennungsofenanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung der Verbrennungsluftzufuhr (5) ebenfalls im Wesentlichen oberhalb der Spitzen der Zündelektroden (7) oder der Spitze der Zündkerze angeordnet ist und der eintretende Luftstrom damit im Wesentlichen normal auf die Oberfläche der im ausgeschalteten Zustand ruhenden Wirbelschicht (3)

ausgerichtet ist.

zu versetzen.